超级电容器在牵引动力领域的应用阮殿波

各位业界同仁以及专家们，大家下午好。
大家知道南车主要是做轨道车辆，这两年也做了一些轨道之外的车辆，比如说电动汽车等等，但主要是公交车。
    我讲的牵引动力应用是我去欧洲的时候给我一个感受，大家说的是超级电容器比能量太低，不能单独作为主动力牵引应用，实际上我们很早就做了。比能量虽然比较低，为什么可以应用呢？我们引用的牵引动力是城市的共同交通车辆，它是一个有规律运行的，不是说充一次电一百公里。一般站间距不超过一百公里，可能有的地铁跑两公里，但是有轨电池设计标准不能超过一公里，还有是无轨电车，和奥威做的有点像。这种纯电的车辆，一般的距离不会很远，也就是一公里左右。短途情况下，超级电容器比能量达到一定程度，完全可以做到主动力源。
   寿命、大功率、高低温性能、全寿命周期可运行，这些超级电容器的优点远远优于电池。车辆应用的话，实际上是对储能的要求。第一个是要有足够的能量密度，我们说应急的时候，它可以跑两三站，这是一个能量密度的要求。
    为什么写一个6WH/KG，这是我们有实验得出的，三千法拉现在大家做出来5WH/KG，真正做到器件不到4，第一个我们车辆有轴重设置和体量设置，我们第一台做的轻轨车用3WH/KG，放在车里难看，影响载重量，还能也比较大。后来我们比能量达到6WH/KG，包括我们带的一些负载的可以很好的运营。
第二个是功率密度，主要车辆在牵引加速的时候很重要，必须大规模放电，加速很快。我们知道超级电容器可以短路放电，我们设计的车辆加速都非常好。 还有一个功率密度要求是对我们的能量节约，就是说我们怎么高效的利用能量。
    第三个是全生命周期，比如说有条件的一百万次可以。还有更重要的是高安全性、高可靠性。载人工具安全性放在第一，车辆在极端情况下，包括撞击、翻车的情况下，器件会不会爆炸等等，安全性要求非常高。
    基于它的特点，利用超级电容器作为城市公共交通车辆的主动能源，南车做了一些工作，我汇报一下。
    这个电容器因为跟一般的厂家做的不太一样，目前我们做的是2.7V，7500和9500法拉，7500直流内阻是0.19，实际上我们出厂的是0.14。在能量密度上7500达到6.0，9500达到7.4，这是同一个体积和条件下，能量密度提高了30%多，功率密度是7KW/KG以上。
    实际上高低温大家都知道，超级电容器的高低温性能非常好，低温情况下只有13%左右，对它的牵引动力影响非常小，容量基本没有变化。一些特殊的情况下我们做到负70%也没有问题，大家讲循环寿命的问题我们绝对是有条件的，不能说无条件做到一百万次。我们发现电容器在高压高温的情况下，可以保持五千个小时，容量衰减大概是20%左右。它的寿命明显延长了，我们可以用这个公式修正，把参数设置到五千。
我们经过了大量的实验，寿命和电压有关系，所以我们是不是按2.5V设计的，和2.7V有很大差别。当然，单体是很好做的，系统很难。有一个失效的话，整个系统就失效了，在系统上一定要考虑这两个参数。在系统上安全性要考虑几个，做CMS比DMS简单。我们现在做的一般是有远程监控的，车辆用的所有东西在后台都可以监控，而且是有报警的。因为电容器可以通过它的电压情况来判断电容器是不是生病，是不是有问题。实际上我们的电容器情况都看的到，高铁为什么晚上经常不跑？很多人在这里做检修，可靠性要求非常高，我们所有车辆都是这样的。公共交通车辆每天晚上都会看电容器情况和所有电压情况，整个平衡系统和管理系统有没有问题，每天都要做检修。还有一些是很简单的，有线压电路板、泻放，这是被动的形式。主动的形式也有，还有是要控制温度和电压参数。最关键的是动态压力结构，大于3公斤上面会自动开启释放一些气体。为什么方形的寿命长呢？里面有很多氧化性技术在里面，充放电情况下有氧化碳的气产生。腐蚀性气体我们希望把它排出去，这样它的寿命就很长。
    我们也做过实验，大概做了四个，包括积压、针刺、重物冲击、燃烧实验。燃烧实验可能没有人做，我们在上面烧了20分钟，它是没有什么变化的，包括体积、变形都没有。20分钟以后量了一下它的电压还有两伏，车辆要求很严格，我们第二个图是整个电容器的压配马上释放，能量很小，和电池不一样。
    南车是做车辆的，有轨电车在欧洲非常多，当然上面都是有网的。欧洲有轨电车70%，30%是地铁。因为地铁造价很贵，我们国家也一样，一公里地铁投资五到八个亿，有轨电车1到1.2亿。有轨电车是很好的补充，我们国家是地铁占了70%多，有轨电车10%都不到。从这一点上，目前据我所知规划的有轨电车路线比较长，大家逐步发现了这个问题，建地铁不是每个城市都能建的，GDP超过多少，城市人口、建的线路密度是多少。但是有轨电车要求比较简单，投资本身就少，它有很好的优势。
实际上现在我们有一个提议叫现代有轨电车，和过去不一样。还叫储能式，一个是车辆一般来讲不像原来老式的有轨电车，地板很高，车都有网，运行速度很慢，外形不好看。现代有轨电车把这些事情都克服了，低地板、利用储能方式没有网，运行的时候几秒到十几秒充电速度。
   有轨电车的运能大概每小时运1.2万人，对一些中小城市非常好。大城市有地铁连接线，建有轨电车比很好，因为它投资相对少。基于同样的道理，南车又做了一个无轨电车，利用9500法拉电容器。电压工作范围是360V到720V，有效能量4度电，但是实际上是5度电。它也是全铝合金的车身，本身比较轻。这个车实验了一下，每公里只有0.7度电，非常节能。一次充满电可以跑6公里，实际上一条公交线大概是十几公里，中间会设置一到两公里，我们用的也是储能设备。地上我们用了一个超级电容器组，车上有一个。而且我不用拉专线，三五分钟就可以把地面的充满，然后再充到我车上，几十秒钟就可以。
     为了车辆的生产，南车在宁波成立了一家公司叫浙江南车电车有限公司，投了四个亿。实际上我们非常看好超级电容器的应用，宁波市定了五百辆车，因为它是一个高端车，主要是BRT上，价格可能高一点。前一段时间都在讲电池车用了六七年，实际上用了三四年都不行了，超级电容器在城市交通车辆上是没有问题的。
目前有一些项目给大家汇报一下，第一个项目是广州海珠项目，7.7公里，设了11个站，充电速度很快。最长一个站11秒，最短充4秒，上下客的时候就完成了。第二个项目是淮安项目，是一个中小城市。21公里长，装了23个站，26列车。2015年4月份开始开通。宁波市有轨电车2015年12月份开通，距离是8公里，10列车。
总的范围来看，无轨电车还是有轨电车，尤其在轨道交通市场，远远不止上午看到的几个亿，市场是非常巨大的，也不是说我们一个企业能做的。
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